JP2014124043A - 複数の直流電源のための直並列切換回路を有するモータ駆動装置 - Google Patents
複数の直流電源のための直並列切換回路を有するモータ駆動装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014124043A JP2014124043A JP2012278867A JP2012278867A JP2014124043A JP 2014124043 A JP2014124043 A JP 2014124043A JP 2012278867 A JP2012278867 A JP 2012278867A JP 2012278867 A JP2012278867 A JP 2012278867A JP 2014124043 A JP2014124043 A JP 2014124043A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- switch
- mode
- parallel
- motor drive
- drive device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
【課題】優れた直並列接続切換回路を提供する。
【解決手段】
直列スイッチ及び2つの並列スイッチをもつ直並列接続切換回路はさらに、2つの昇圧チョッパの少なくとも1つをもつ。言い換えれば、この接続切換回路は、2つの昇圧チョッパの一方乃至両方をもつ。各昇圧チョッパは、リアクトル及び蓄勢スイッチをもつ。昇圧チョッパはさらに、接続切換回路の並列スイッチからなる出力スイッチをもつ。並列スイッチと直列接続されたこの出力スイッチは、昇圧電圧を出力する。昇圧チョッパは、直列スイッチの電流を低減する。昇圧チョッパは、2つの直流電源の電圧の和より高い電圧値を出力する。
【選択図】図9
【解決手段】
直列スイッチ及び2つの並列スイッチをもつ直並列接続切換回路はさらに、2つの昇圧チョッパの少なくとも1つをもつ。言い換えれば、この接続切換回路は、2つの昇圧チョッパの一方乃至両方をもつ。各昇圧チョッパは、リアクトル及び蓄勢スイッチをもつ。昇圧チョッパはさらに、接続切換回路の並列スイッチからなる出力スイッチをもつ。並列スイッチと直列接続されたこの出力スイッチは、昇圧電圧を出力する。昇圧チョッパは、直列スイッチの電流を低減する。昇圧チョッパは、2つの直流電源の電圧の和より高い電圧値を出力する。
【選択図】図9
Description
本発明は、複数の直流電源のための直並列切換回路を有するモータ駆動装置に関し、特に車両の走行モータ駆動用のインバータに可変DCリンク電圧を印加するためのモータ駆動装置に関する。
可変速走行モータは、高速領域で大きな逆起電力(バックEMF)を誘導する。このため、走行モータにモータ電流を供給するインバータは、高速領域にて高いDCリンク電圧を必要とする。しかし、 このバックEMFは低速領域で低い。故に、インバータは、低速領域でモータ電流を制限せねばならない。一般に、インバータ運転のためのパルス幅変調のデユーティ比は、モータ電流低減のために減らされる。
けれども、 バッテリ及び平滑キャパシタの電流リップルは、PWMデユーティ比の低減により増大する。したがって、バッテリ及び平滑キャパシタの電力損失が増加する。その結果、バッテリ寿命が短くなり、バッテリ及び平滑キャパシタは強力に冷却されねばならない。
低速領域にてインバータに印加されるDCリンク電圧を低減することが好適である。いわゆる昇圧チョッパと呼ばれる昇圧型のDCDCコンバータが、DCリンク電圧を変更するために採用される。2つのバッテリの接続切換のための直並列接続切換回路もDCリンク電圧の変更のために提案されている。
図1は、昇圧チョッパ5A及び5Bからなる多相昇圧チョッパを有する従来のモータ駆動装置を示す。バッテリ11は、電磁接触器21及び22のペアを通じて入力側平滑キャパシタ60にバッテリ電圧を印加する。昇圧チョッパ5Aは、リアクトルL1、蓄勢スイッチ13スイッチ52及び出力スイッチ53からなる。昇圧チョッパ5Bは、リアクトルL2、出力スイッチ54及び蓄勢スイッチ51からなる。昇圧チョッパ5A及び5Bは、DCリンクに昇圧電圧を交互に印加する。出力平滑キャパシタ6は、インバータ3と並列接続されている。インバータ3は、走行モータ4を駆動する。リアクトルL1及び L2は、誘導結合されている。けれども、昇圧チョッパは、磁気部品であるリアクトルのために重く、高価である。更に、鉄損及び銅損をもつリアクトルは、強力に冷却されねばならない。
図2は、特許文献1に示される従来の直並列接続切換回路5を有する従来のモータ駆動装置を示す。接続切換回路5は、直列スイッチ50及び2つの並列スイッ51及び52をもつ。2つのバッテリ 11及び12は、直列スイッチ50がオンする時、直列接続される。2つのバッテリ 11及び12は、2つの並列スイッチ52及び53がオンする時、並列接続される。
PWMスイッチングの電力損失を省略できるため、バッテリ11及び12並びに平滑キャパシタ6の電流リップルは、低速領域で並列接続の採用により低減される。接続切換回路5は、。また、一対のバッテリ11、12の並列接続は、バッテリ内部抵抗損失を大幅に低減する。けれども、直並列接続切換回路5は、未だ広く採用されてはいない。これは、従来の直並列接続切換回路5がまだ解決を要する深刻な課題をもつことを意味する。
第1の問題は、スイッチ50-52としての電磁開閉器のスパーク問題である。第2の問題は、平滑キャパシタの突入電流問題である。第3の問題は、互いに異なる電圧をもつバッテリ11、12の短絡電流問題である。第4の問題は、DCリンク電圧の切換によって引き起こされるトルク衝撃問題である。
図3は、特許文献2に示される従来のモータ駆動装置を示す。
接続切換回路5は、スイッチS1-S3からなる。モータ駆動装置は更に追加トランジスタT1-T3をもつ。トランジスタT1-T3は、接続切換回路5がバッテリ 11及び12の接続を切り換える間、接続切換回路からインバータ3を分離する。したがって、電磁開閉器S1-S3のスパークが回避される。けれども、回路構成が複雑となり、モータ駆動装置の電力損失及び製造コストが増加する。
接続切換回路5は、スイッチS1-S3からなる。モータ駆動装置は更に追加トランジスタT1-T3をもつ。トランジスタT1-T3は、接続切換回路5がバッテリ 11及び12の接続を切り換える間、接続切換回路からインバータ3を分離する。したがって、電磁開閉器S1-S3のスパークが回避される。けれども、回路構成が複雑となり、モータ駆動装置の電力損失及び製造コストが増加する。
図4は、特許文献3に示される従来のモータ駆動装置を示す。モータ駆動装置は、直並列接続切換回路5及び昇圧チョッパ5Aの両方をもつ。昇圧チョッパ5Aは、リアクトル51、蓄勢スイッチ52及び出力スイッチ53からなる。リアクトル51は、第4スイッチ55を通じてバッテリ11の正端子に接続されている。昇圧チョッパ5Aは、接続切換回路5Aがバッテリ11及び12の接続を切り換える直前に、DCリンク電圧を緩慢に変更する。
したがって、突入電流問題及びスパーク問題が解決される。
けれども、昇圧チョッパ5Aは、重く高価なリアクトル54を必要とする。さらに、回路構成が複雑となり、モータ駆動装置の電力損失及び製造コストが増加する。
けれども、昇圧チョッパ5Aは、重く高価なリアクトル54を必要とする。さらに、回路構成が複雑となり、モータ駆動装置の電力損失及び製造コストが増加する。
本発明の1つの目的は、平滑キャパシタの突入電流が少ない直並列接続切換回路をもつモータ駆動装置を提供することである。本発明のもう1つの目的は、トルク衝撃が小さい直並列接続切換回路をもつモータ駆動装置を提供することである。本発明のもう1つの目的は、2つの直流電源間の短絡電流が少ない直並列接続切換回路をもつモータ駆動装置を提供することである。
直列スイッチ及び2つの並列スイッチをもつ直並列接続切換回路はさらに、2つの昇圧チョッパの少なくとも1つをもつ。言い換えれば、この接続切換回路は、2つの昇圧チョッパの一方乃至両方をもつ。各昇圧チョッパは、リアクトル及び蓄勢スイッチをもつ。昇圧チョッパはさらに、接続切換回路の並列スイッチからなる出力スイッチをもつ。並列スイッチと直列接続されたこの出力スイッチは、昇圧電圧を出力する。直列スイッチの電流は、バッテリの接続が切り換えられる過渡期間に低減される。この電流低減は、昇圧チョッパにより実施される。好適には、昇圧チョッパは、2つの直流電源の電圧の和より高い電圧値を出力する。
モータ駆動装置の好適実施例が、図5-図8を参照して説明される。図5は、バッテリ車(BV)のモータ駆動装置を示す回路構成図である。しかし、このモータ駆動装置は、他のハイブリッド車や燃料電池車も駆動可能である。走行モータ4を駆動するためのモータ駆動装置は、電力回路1により給電される3相インバータ3を有する。この電力回路1は、2つのバッテリ11-12、直並列接続切換回路5、安全スイッチ回路2、2つの平滑キャパシタ61-62及びコントローラ9を有する。さらに、モータ駆動装置は、要求情報を検出するための所定数のセンサ(図示せず)を有する。
インバータ3は、高電位DCリンク線7及び低電位DCリンク線8を通じて電力回路1により給電される。インバータ3は、走行モータ4に3相電圧を印加する。走行モータ4としてスイッチドリラクタンスモータが採用される時、インバータ3の代わりにパワーコンバータが採用される。
接続切換回路5は、上昇圧チョッパ5A、下昇圧チョッパ5B及び直列スイッチ50を有する。上昇圧チョッパ5Aは、リアクトルL1、並列スイッチ52及び上スイッチ53からなる。下昇圧チョッパ5Bは、リアクトルL2、並列スイッチ51及び下スイッチ54からなる。スイッチ53、54は、出力スイッチである。
上スイッチ53は、リアクトルL1の一端を高電位DCリンク線7に接続している。並列スイッチ52は、リアクトルL2の一端を低電位DCリンク線8に接続している。同様に、並列スイッチ51は、リアクトルL2の一端を高電位DCリンク線7に接続している。下スイッチ54は、リアクトルL2の一端を低電位DCリンク線8に接続している。リアクトルL1の他端は、直列スイッチ50を通じてリアクトルL2の他端に接続されている。
入力側の平滑キャパシタ61は、低電位DCリンク線8と直列スイッチ50とを接続している。入力側の平滑キャパシタ62は、高電位DCリンク線7と直列スイッチ50とを接続している。出力側の平滑キャパシタ6は、高電位DCリンク線7及び低電位DCリンク線8を通じてインバータ3と並列接続されている。2つのリアクトルL1及びL2は、互いに誘導結合されている。言い換えれば、2つのリアクトルL1及びL2は、トランスを構成している。リアクトルL1及びL2の2つのコイルは、互いに逆向きに巻かれている。
リアクトルL1の電流が増加される時、リアクトルL1に誘導される二次電圧VL1は、バッテリ12のバッテリ電圧V12と同じ方向をもつ。同様に、リアクトルL2の電流が増加される時、リアクトルL2に誘導される二次電圧VL2は、バッテリ11のバッテリ電圧V11と同じ方向をもつ。
安全スイッチ回路2は、電磁接触器21-24を有する。電磁接触器21及び22は、バッテリ12及び平滑キャパシタ62を並列接続している。電磁接触器23及び24は、バッテリ11及び平滑キャパシタ61を並列接続している。バッテリ12の正端子は、電磁接触器21を通じて高電位DCリンク線7に接続されている。バッテリ11の負端子は、電磁接触器24を通じて低電位DCリンク線8に接続されている。電磁接触器21及び23は、第1リレー信号S10を受け取る第1コイル(図示せず)により駆動される。電磁接触器22及び24は、第2リレー信号S2を受け取る第2コイル(図示せず)により駆動される。
接続切換回路5は、直列モード、並列モード、ローサイド・バッテリモード、ハイサイド・バッテリ モード及び昇圧モードからなる5つの接続モードを有する。直列モードによれば、バッテリ11及び12は、直列接続される。直列スイッチ50がオンされ、他のスイッチ51-54がオフされる。並列モードによれば、バッテリ11及び12が並列接続される。直列スイッチ50はオフされ、並列スイッチ51-52はオンされる。他のスイッチ53、54はオフされる。
ローサイド・バッテリモードによれば、バッテリ11だけがインバータ3に接続される。直列スイッチ50及び並列スイッチ52がオフされ、並列スイッチ51がオンされる。他のスイッチ53、54はオフされる。ハイサイド・バッテリ モードによれば、バッテリ12だけがインバータ3に接続される。直列スイッチ50及び並列スイッチ51はオフされ、並列スイッチ52がオンされる。他のスイッチ53、54はオフされる。
接続切換回路5の動作が以下に説明される。上昇圧チョッパ5Aは、バッテリ12のバッテリ電圧V12を昇圧する。下昇圧チョッパ5Bは、バッテリ11のバッテリ電圧V11を昇圧する。さらに、接続切換回路5は、直列スイッチ50がオンされ、並列スイッチ51及び52がオフされる時、2つのバッテリ電圧V11及びV12の和を出力する。さらに、接続切換回路5は、直列スイッチ50がオフされ、並列スイッチ51、52がオンされ、スイッチ53、54がオフされる時、2つのバッテリ11、12を並列に接続する。
さらに、スイッチ50、52-53がオフされる時、バッテリ11だけが、昇圧されたもしくは非昇圧の直流電力をインバータ3に供給する。スイッチ51はオンされるか、PWMスイッチングされる。スイッチ54は、オフされるかPWMスイチングされる。同様に、スイッチ50、51及び54がオフされる時、バッテリ12だけが、昇圧されたもしくは非昇圧の直流電力をインバータ3に供給する。スイッチ52はオンされるか、PWMスイッチングされる。スイッチ53は、オフされるかPWMスイチングされる。
昇圧チョッパ5A及び5Bはそれぞれ、交互に実行される蓄勢モードと出力モードとを有する。リアクトルL1及びL2はそれぞれ、蓄勢モードにて磁気エネルギーを蓄積する。リアクトルL1及びL2はそれぞれ、出力モードにて磁気エネルギーを出力する。
昇圧チョッパ5A及び5Bの昇圧動作が図6-図8を参照して説明される。けれども、電磁接触器21-24及び平滑キャパシタ6、61及び62は、図示されない。直列スイッチ1は、昇圧動作の間中、オフされる。昇圧チョッパ5A及び5Bの少なくとも1つは、パルス幅変調法でスイッチングされる。
図6は、上昇圧チョッパ 5Aの蓄勢モード及び下昇圧チョッパ 5Bの出力モードを示す。スイッチ51及び53はオンされ、スイッチ52及び54はオフされる。並列スイッチ53のオンによりバッテリ11の電流 I1が増加されるため、リアクトルL1の磁気エネルギーが増加する。二次電圧VL2が、リアクトルL1に誘導結合されたリアクトルL2に誘導される。故に、バッテリ11のバッテリ電圧V11とリアクトルL2の二次電圧VL2との和がDCリンクを通じてインバータ3に印加される。二次電圧VL2は、バッテリ電圧V11と同じ方向をもつ。
図7は、上昇圧チョッパ5Aの出力モード及び下昇圧チョッパ5Bの蓄勢モードを示す。スイッチ51及び53はオフされ、スイッチ52及び54はオンされる。リアクトルL2の磁気エネルギーが、並列スイッチ53のオンによりバッテリ11の電流 I1が増大するので、二次電圧VL1 が、リアクトルL2と誘導結合するリアクトルL1に誘導される。故に、バッテリ12のバッテリ 電圧V12とリアクトルL1の二次電圧VL1との和がDCリンクを通じてインバータ3に印加される。二次電圧VL1はバッテリ電圧V12と同じ方向をもつ。
結局、図6及び図7に示される昇圧チョッパ5A及び5Bのインターリーブ昇圧動作は、図1に示される従来の昇圧チョッパ5A及び5Bのインターリーブ昇圧動作と本質的に等しい。スイッチ51及び54がオフされる時、昇圧チョッパ5Aだけが昇圧動作をもつ。同様に、スイッチ52及び53がオフされる時、昇圧チョッパ5Bだけが昇圧動作をもつ。
誘導結合されたリアクトルL1及びL2が図8に示される。リアクトルL1及びL2は、2つのエアギャップ101をもつ軟磁性コア100をもつ一個のトランスを構成している。リアクトルL1及びL2の各コイルは、磁気コア100に互いに逆向きに巻かれている。言い換えれば、電流I2により励起された磁束は、電流I1により励起された磁束と反対方向をもつ。磁気コア100がトランスのため、及び、リアクトルL1及びL2のために用いられるため、誘導結合されたリアクトルL1及びL2からなるトランスは、小さい磁気コア100をもつことができる。
この実施例によれば、 接続切換回路5は、昇圧モード及び非昇圧モードの両方をもつ。非昇圧モードは、並列モード、直列モード及び片方モードをもつ。片方モードは、ローサイド・下バッテリモード及びハイサイド・バッテリモードをもつ。ローサイド・バッテリモードでは、バッテリ11だけがモータ電流を供給する。ハイサイド・バッテリモードでは、バッテリ12だけがモータ電流を供給する。昇圧モードは、ダブル昇圧モード及び片方昇圧モードを含む。ダブル昇圧モードでは、昇圧チョッパ5A及び5Bの両方がモータ電流を供給する。片方昇圧モードでは、2つの昇圧チョッパ5A及び5Bのどちらかがモータ電流を供給する。
PWMスイッチングが省略されるため、非昇圧モードが好適である。バッテリ電圧V11及びV12の和よりも大きいDCリンク電圧が要求される時、昇圧モードが採用される。さらに、バッテリ11及び12の接続が切り換えられる間の過渡期間において、昇圧モードが採用される。したがって、たとえ直列スイッチ50がオンされるか又はオフられるとしても、トルク衝撃及び突入電流が低減される。
この実施例の他の利点は、たとえ2つの直流電源が互いに異なる電圧をもつとしても、2つの直流電源が並列接続をもつことができる点にある。たとえば、バッテリ11のバッテリ電圧V11がバッテリ12のバッテリ電圧V12より低い時、昇圧チョッパ5Bはバッテリ電圧V11を昇圧する。したがって、バッテリ電圧V11が低くても、昇圧チョッパ5Bは直流電力を供給できる。
変形態様が以下に説明される。この変形態様によれば、リアクトルL1及びL2は互いに磁気的に独立している。図9に示されるもう1つの変形態様によれば、トランジスタ及び逆並列ダイオードが、直列スイッチ50の代わりに採用される。図10に示されるもう1つの変形態様によれば、バッテリ11は燃料電池を採用する。ダイオード50Bは、直列スイッチ50と直列に接続される。さらに、並列スイッチ51は、ダイオードを採用する。したがって、燃料電池を流れる逆電流は阻止される。
コントローラ9は、収集した情報に基づいて5つの接続モードの1つを選択し、接続切換動作を制御する。モード選択ルーチンが図11を参照して説明される。まず、トルク指令値Ti及び走行モータ4の検出回転速度値Nが、ステップS100にて読み出される。トルク指令値Ti及び速度値Nは、図12に示されるトルク-速度図における走行モータ4の運転ポイントを示す。
図12は、走行モータ4のトルク速度特性を示す。横線部Loは、インバータ3又は走行モータ4により制限される最大トルク値を示す。曲線部L1-L3はそれぞれ、いわゆる定電力線を示す。曲線部L1は、バッテリ11及び12が並列に接続される並列モードにおける定電力線部を示す。曲線部L2は、バッテリ11及び12が直列に接続される直列モードにおける定電力線部を示す。曲線部L3は、昇圧モードにおける定電力線部を示す。
モータトルクは、PWMデユーティ比の変更により制御される。
さらに、同期モータのトルクは、モータ電流の位相角を制御することにより変更される。たとえば、曲線部L1は、並列モードのPWMデユーティ比100%を示す。同様に、曲線部L2は、直列モードのPWMデユーティ比100%を示す。この実施例では、昇圧モードにおけるモータ電流の最大値は、直列モード並びに並列モードにおけるモータ電流の最大値の半分とされる。その結果、昇圧モードの最大トルク値は、並列モード及び直列モードの最大トルク値の約半分となる。しかし、昇圧チョッパ5A、5Bは小型となる。
さらに、同期モータのトルクは、モータ電流の位相角を制御することにより変更される。たとえば、曲線部L1は、並列モードのPWMデユーティ比100%を示す。同様に、曲線部L2は、直列モードのPWMデユーティ比100%を示す。この実施例では、昇圧モードにおけるモータ電流の最大値は、直列モード並びに並列モードにおけるモータ電流の最大値の半分とされる。その結果、昇圧モードの最大トルク値は、並列モード及び直列モードの最大トルク値の約半分となる。しかし、昇圧チョッパ5A、5Bは小型となる。
したがって、ローサイド・バッテリモード及びハイサイド・バッテリモードを含む並列モードは、線部Lo及びL1により囲まれる領域で実施される。直列モードは、線部Lo、L1及びL2により囲まれる領域で実施される。昇圧モードは、線部L5、L2及びL3により囲まれる領域で実施される。結局、この実施例によれば、モータは、線部Lo、L2、L5及びL3により囲まれる領域でトルクを発生することができる。
ステップS102にて、 トルク指令値Ti、回転速度N及び図12に示される記憶マップに基づいて、運転ポイントが存在する領域が決定される。ステップS104にて、モードの切換が必要かどうかが判定される。もしイエスなら、ステップS106にてモード切替ルーチンを実行する。
このモード切替ルーチンが図13を参照して説明される。最初に、ステップS200にて、モードが並列モードから直列モードに切り換えられるべきか否かを判定する。この並列モードは、ハイサイド・バッテリモード及びローサイド・バッテリモードを含む。もしイエスであれば、DCリンク電圧Vdcがバッテリ11、12の電圧の和に等しくなるまで、昇圧チョッパ5A、5Bの昇圧動作を実行することにより、DCリンク電圧VdcがステップS202にてゆっくりと昇圧される。DCリンク電圧がバッテリ11、12のバッテリ電圧の和に等しくなった後で、スイッチ50がステップS204でオンされる。
もしステップS200にてノーであれば、モードが直列モードから並列モードに切り換えられるべきか否かがステップS206にて判定される。もしイエスなら、直列スイッチ50の電流がゼロになるまで昇圧チョッパ5A、5Bの昇圧動作を実行することにより、昇圧チョッパ5A、5Bにより供給される出力電流がステップS208にて増大される。直列スイッチ50の電流がゼロとなった後で、直列スイッチ50がステップS210にてオフされる。
もしステップS206にてノーなら、ステップS212にてモードが直列モードから昇圧モードに切り換えられるべきか否かが判定される。もしイエスなら、直列スイッチ50の電流がゼロになるまで昇圧チョッパ5A、5Bの昇圧動作を実行することにより、昇圧チョッパ5A、5Bにより供給される出力電流がステップS214にて増加される。直列スイッチ50の電流がゼロとなった後、直列スイッチ50がステップS216にてオフされる。直列スイッチ50のオフ後、昇圧チョッパ5A、5Bの昇圧比を増加することにより、DCリンク電圧は、必要な値になる(S218)。
もしステップS212にてノーなら、ステップS220にて、モードが昇圧モードから直列モードに切り換えられるべきか否かが判定される。もしイエスなら、直列スイッチ50の電流がゼロになるまで、昇圧チョッパ5A、5BのPWMデユーティ比を低下させることにより、DCリンク電圧VdcがステップS222にて、ゆっくりと低下される。直列スイッチ50の電流がゼロとなった後、直列スイッチ50がステップS224にてオンされる。
もしノーなら、バッテリ11、12の電圧差が所定値より大きいか否かがステップS226にて判定される。もしイエスなら、この電圧差を低減するための調整モードがステップS228にて実行される。この調整モードは、並列モード及び昇圧モードにて実行される。並列モードでは、調整モードは、ハイサイド・バッテリモード又はローサイド・バッテリモードのどちらかを選択する。
バッテリ11の電圧がバッテリ12の電圧よりも大きい時、バッテリ11の電圧を低下するために、ローサイド・バッテリモードが実行される。バッテリ12の電圧がバッテリ11の電圧よりも大きい時、バッテリ12の電圧を低下するために、ハイサイド・バッテリモードが実行される。
昇圧モードにおいて、この調整モードは、昇圧チョッパ5A、5Bの各デユーティ比を変更する。バッテリ11の電圧がバッテリ12の電圧よりも大きい時、バッテリ11の電圧を低下するために、昇圧チョッパ5Bの出力電流が増加される。バッテリ12の電圧がバッテリ11の電圧よりも大きい時、バッテリ12の電圧を低下するために、昇圧チョッパ5Aの出力電流が増加される。
したがって、バッテリ11の電圧は、バッテリ12の電圧に等しくなる。
したがって、バッテリ11の電圧は、バッテリ12の電圧に等しくなる。
変形態様が図14を参照して説明される。たとえば図5に示される2つの直流電源11、12に接続される接続切換回路5は、互いに異なる電圧値をもつ。たとえば、直流電源11は、直流電圧V11をもち、直流電源12は、直流電圧V11よりも低い直流電圧V12をもつ。
まず、DCリンク電圧の指令値Vdciが直流電圧V11よりも低いか否かがステップS300にて判定される。もしイエスなら、ステップS302にて、並列スイッチ51が連続的にオンされ、昇圧チョッパ5Aが直流電源12の電圧V12を昇圧する。これにより、たとえ直流電源11の電圧V11が直流電源12の電圧V12よりも高くても、直流電源11、12は並列に電流を供給する。
同様に、直流電源12の電圧V12が直流電源11の電圧V11よりも高い場合には、DCリンク電圧の指令値Vdciが直流電圧V12よりも低いか否かがステップS300にて判定される。もしイエスなら、ステップS302にて、並列スイッチ52が連続的にオンされ、昇圧チョッパ5Bが直流電源11の電圧V11を昇圧する。これにより、たとえ直流電源12の電圧V12が直流電源11の電圧V11よりも高くても、直流電源11、12は並列に電流を供給する。
もしステップS300にてノーなら、DCリンク電圧の指令値Vdciが直流電圧V11とV12との合計よりも低い否かがステップS304にて判定される。もしイエスなら、ステップS306にて直列モードが実行される。もしステップS304にてノーなら、二重昇圧モードがステップS308にて実行される。この二重昇圧モードによれば、昇圧チョッパ5Aが直流電源12の電圧V12を昇圧し、昇圧チョッパ5Bが直流電源11の電圧V11を昇圧する。
したがって、たとえ直流電源11の電圧V11が直流電源12の電圧V12と異なっていても、直流電源11、12は、並列に昇圧電圧を出力可能となる。
したがって、たとえ直流電源11の電圧V11が直流電源12の電圧V12と異なっていても、直流電源11、12は、並列に昇圧電圧を出力可能となる。
第2実施例
発明の第2実施例が、図15を参照して説明される。図15に示されるモータ駆動装置は、図5に示されるモータ駆動装置と本質的に等しい。しかし、図5に示されるリアクトルL1、蓄勢スイッチ53及び平滑キャパシタ62は、図15において省略される。言い換えると、図15に示されるモータ駆動装置は、直列スイッチ50、平行したスイッチ52及び1つの昇圧チョッパ5Bだけからなる接続切換回路5を備えている。したがって、並列スイッチ52は、直列スイッチ50と平滑キャパシタ61とのペアと並列接続されている。並列スイッチ52として、電磁接触器またはパワートランジスタのどちらでも採用できる。
発明の第2実施例が、図15を参照して説明される。図15に示されるモータ駆動装置は、図5に示されるモータ駆動装置と本質的に等しい。しかし、図5に示されるリアクトルL1、蓄勢スイッチ53及び平滑キャパシタ62は、図15において省略される。言い換えると、図15に示されるモータ駆動装置は、直列スイッチ50、平行したスイッチ52及び1つの昇圧チョッパ5Bだけからなる接続切換回路5を備えている。したがって、並列スイッチ52は、直列スイッチ50と平滑キャパシタ61とのペアと並列接続されている。並列スイッチ52として、電磁接触器またはパワートランジスタのどちらでも採用できる。
接続切換回路5は、5つの接続-モードを有している。そして、それは直列モード、並列モード、低横のバッテリー・モード、ハイサイド・バッテリー・モードと昇圧モードからなる。この直列接続モードは、第1実施例の直列接続モードと同じである。直列スイッチ50はオンにされる。しかし、並列スイッチ51と52と蓄勢スイッチ54はオフされる。したがって、バッテリ電圧V11、V12の合計がインバータ3に印加される。
並列モードは、第1実施例の並列モードと、基本的に同じである。直列スイッチ50と蓄勢スイッチ54は、オフされる。並列スイッチ51、52は、オンされる。しかし、バッテリ11のバッテリ電圧V11がバッテリ12のバッテリ電圧V12より低い時、昇圧チョッパ5Bはバッテリ電圧V11を昇圧する。このように、インバータ3は、並列接続されたバッテリ11、12により駆動される。
バッテリ11のバッテリ電圧V11がバッテリ12のバッテリ電圧V12より低い時、ハイサイド・バッテリ・モードを採用することができる。直列スイッチ50、並列スイッチ51及び蓄勢スイッチ54がオフされる。並列スイッチ52はオンにされる。これにより、バッテリ電圧V12がインバータ3に印加される。
バッテリ11のバッテリ電圧V11がバッテリ12のバッテリ電圧V12より高い時、ローサイド・バッテリモードを採用することができる。直列スイッチ50、並列スイッチ52及び蓄勢スイッチ54はオフされる。並列スイッチ51はオンされる。これにより、バッテリ電圧V11がインバータ3に印加される。
昇圧モードによれば、直列スイッチ50及び並列スイッチ52はオフされる。昇圧チョッパ5Bは、バッテリ電圧V11を昇圧する。このように、DCリンク電圧Vdcは、バッテリ電圧V11の合計V12より高くなりる。DCリンク電圧Vdcの要求値がバッテリ電圧V11とV12との合計よりも高いとき、昇圧モードが採用される。
並列モードは、ハイサイド充電モードとローサイド充電モードを含む。ハイサイド充電モードによれば、昇圧チョッパ5Aは、バッテリ12の充電電流を供給する。ローサイド充電モードによれば、昇圧チョッパ5Aは、バッテリ11の充電電流を供給する。
以下に、4つの移行動作が説明される。並列モードを直列モードに切り換える移行動作によれば、DCリンク電圧Vdcは、昇圧チョッパ5Bの昇圧動作によって並列スイッチ52のオフ後に上昇される。電磁接触器からなる並列スイッチ52の電流を低減するために、並列スイッチ52のオフ以前に、昇圧チョッパ5Bは、インバータ3により要求される全電流を供給することができる。同様に、電磁接触器からなる並列スイッチ52のオフ直前に、インバータ3は、モータ電流を低減乃至停止することができる。DCリンク電圧Vdcが電圧V11とV12の合計に達した後、直列スイッチ50がオンにされ、昇圧チョッパ5Bの昇圧は停止される。
直列接続モードを並列回路モードに切り換える移行動作によれば、直列スイッチ50がオフされる。直列スイッチ50のオフ後、DCリンク電圧Vdcは、低下される。DCリンク電圧Vdcがバッテリ電圧V12に達した後、並列スイッチ52がオンされる。並列スイッチ52のオン後、昇圧チョッパ5BはPWMスイッチングされるか。あるいは、並列スイッチ51が連続的にオンされる。
もし直列スイッチ50または並列スイッチ52が電磁スイッチから構成されるならば、直列スイッチ50または並列スイッチ52のオフの間中、フリーホィーリングモードを採用することができる。このフリーホィーリングモードによれば、インバータ3の全ての上スイッチ31-33のがオフされ、インバータ3の全て下スイッチ34-36がオンされる。したがって、このフリーホィーリングモードにおいて、モータ電流はインバータ3及びモータ4を循環する。それは、接続切換回路5がインバータ3から電気的に切り離されることを意味する。このように、直列スイッチ50または並列スイッチ52としての電磁接触器のスパークが防止される。
直列接続モードを昇圧モードに切り換える移行動作によれば、昇圧チョッパ5Bだけがインバータ3に電流を供給する。この移行活動は、直列接続モードを並列回路モードに変えている移行動作と本質的に同じである。しかし、並列スイッチ52は、再度オンされない。電流は、昇圧チョッパ5Bだけからインバータ3に供給される。DCリンク電圧Vdcは、バッテリ電圧V11、V12の合計よりも高くなる。昇圧モードを直列モードに切り換える移行動作によれば、DCリンク電圧Vdcがバッテリ電圧V11とV12の合計と等しくなった後、直列スイッチ50がオフされる。
変形態様によれば、接続切換回路5は、図5に示される昇圧チョッパ5A、直列スイッチ50と並列スイッチ51からなる。図5に示される蓄勢スイッチ54、リアクトルL2及び平滑キャパシタ61は省略される。平滑キャパシタ62が、平滑キャパシタ61の代わりに用いられる。言い換えると、昇圧チョッパ5Aは、昇圧チョッパ5Bの代わりに使用される。
Claims (13)
- モータ (4)を駆動するインバータ(3)に可変DCリンク電圧を印加するための接続切換回路(5)を有し、
接続切換回路(5)は、直列スイッチ(50)、上並列スイッチ(51)及び下並列スイッチ(52)を有し、
直列スイッチ(50)は、下直流電源(11)の正極端子を上直流電源(12)の負極端子に接続し、
上並列スイッチ(51)は、上直流電源(12)及び直列スイッチ(50)のペアと並列に接続され、
下並列スイッチ(52)は、下直流電源(11)及び直列スイッチ(50)のペアと並列に接続され、
下直流電源(11)の負極端子は、低電位DCリンク線(8)を通じてインバータ(3)の負端子に接続され、
上直流電源(12)の正極端子は、高電位DCリンク線(7)を通じてインバータ(3)の正端子に接続されるモータ駆動装置において、
接続切換回路(5)はさらに、上昇圧チョッパ(5A)及び下昇圧チョッパ(5B)の少なくとも1つを備え、
上昇圧チョッパ (5A)は、リアクトル(L1)、下並列スイッチ(52)及び上蓄勢スイッチ(53)を有し、
下昇圧チョッパ (5B)は、リアクトル(L2)、上並列スイッチ(51)及び下蓄勢スイッチ(54)を有し、
直列スイッチ(50)の上端子は、上蓄勢スイッチ(53)を通じて高電位DCリンクライン(7)に接続され、かつ、下並列スイッチ(52)を通じて低電位DCリンクライン(8)に接続され、
直列スイッチ(50)の下端子は、上並列スイッチ(51)を通じて高電位DCリンクライン(7)に接続され、かつ、下蓄勢スイッチ(54)を通じて低電位DCリンクライン(8)に接続されることを特徴とするモータ駆動装置。 - 接続切換回路(5)は、上昇圧チョッパ(5A)と下昇圧チョッパ(5B)とのどちらかを備える請求項1記載のモータ駆動装置。
- 接続切換回路(5)は、上昇圧チョッパ(5A)及び下昇圧チョッパ(5B)の両方を備える請求項1記載のモータ駆動装置。
- モータ駆動装置はさらに、2つの入力側平滑キャパシタ(61及び62)を有し、
2つの入力側平滑キャパシタ(61及び62)の1つは、直列スイッチ50の下端子を低電位DCリンク線(8)に接続し、
2つの入力側平滑キャパシタ(61及び62)の他の1つは、直列スイッチ50の上端子を高電位DCリンク線(7)に接続する請求項3記載のモータ駆動装置。 - 2つのリアクトル(L1及びL2)は、電磁誘導結合している請求項3記載のモータ駆動装置。
- 上直流電源(12)の正極端子は、第1の電磁接触器(21)を通じて高電位DCリンクライン(7)に接続され、
上直流電源(12)の負極端子は、第2の電磁接触器(22)を通じて直列スイッチ(50)の上端子に接続され、
下直流電源(11)の正極端子は、第3の電磁接触器(23)を通じて直列スイッチ(50)の下端子に接続され、
下直流電源(11)の負極端子は、第4の電磁接触器(24)を通じて低電位DCリンク線(8)に接続される請求項3記載のモータ駆動装置。 - 第1の電磁接触器(21)及び第3の電磁接触器(23)は、第1の共通コイル(301)により制御され、
第2の電磁接触器(22)及び第4の電磁接触器(24)は、第2の共通コイル(302)により制御される請求項6記載のモータ駆動装置。 - 直列スイッチ(50)は、電磁接触器からなる請求項3記載のモータ駆動装置。
- モータ駆動装置はさらに、接続切換回路(5)を制御するコントローラ(9)を有し、
接続切換回路(5)は、昇圧チョッパ(5A及び5B)を運転することにより、直列スイッチ(50)のオン及びオフの直前に、直列スイッチ(50)の電流値を低減する請求項7記載のモータ駆動装置。 - モータ駆動装置はさらに、接続切換回路(5)を制御するためのコントローラ(9)をさらに有し、
コントローラ(9)は、並列モード、直列モード及び昇圧モードを有し、
直列スイッチ(50)は、直列モードの間中においてオンされ、かつ、並列モード及び昇圧モードの間中においてオフされ、
並列スイッチ(51及び52)は、並列モードの間中においてオンされ、かつ、直列モードの間中においてオフされ、
蓄勢スイッチ(53及び54)は、昇圧モードの間中において繰り返しスイッチングされる請求項3記載のモータ駆動装置。 - 昇圧チョッパ(5A及び5B)は、昇圧モードにおいて昇圧電圧値を出力し、
この昇圧電圧値は、上直流電源(12)と下直流電源(11)との電圧値の和よりも高い
請求項10記載のモータ駆動装置。 - コントローラはさらに、ハイサイド・バッテリモード及びローサイド・バッテリモードを有し、
直列スイッチ(50)及び上並列スイッチ(51)は、ハイサイド・バッテリモードにおいてオフされ、
下並列スイッチ(52)は、ハイサイド・バッテリモードにおいてオンされ、
直列スイッチ(50)及び下並列スイッチ(52)は、ローサイド・バッテリモードにおいてオフされ、
上並列スイッチ(51)は、ローサイド・バッテリモードにおいてオンされる請求項10記載のモータ駆動装置。 - コントローラ(9)はさらに、昇圧モードにおいて均等化モードを有し、
下直流電源(11)と上直流電源(12)との間の電圧差を低減するために、
昇圧チョッパ(5A)のデユーティ比及び昇圧チョッパ(5B)のデユーティ比は、この均等化モードにおいて独立制御される請求項10記載のモータ駆動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012278867A JP2014124043A (ja) | 2012-12-21 | 2012-12-21 | 複数の直流電源のための直並列切換回路を有するモータ駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012278867A JP2014124043A (ja) | 2012-12-21 | 2012-12-21 | 複数の直流電源のための直並列切換回路を有するモータ駆動装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014124043A true JP2014124043A (ja) | 2014-07-03 |
Family
ID=51404129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012278867A Pending JP2014124043A (ja) | 2012-12-21 | 2012-12-21 | 複数の直流電源のための直並列切換回路を有するモータ駆動装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014124043A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016178812A (ja) * | 2015-03-20 | 2016-10-06 | 株式会社豊田中央研究所 | 電源システム |
JP2017022929A (ja) * | 2015-07-14 | 2017-01-26 | トヨタ自動車株式会社 | 電源システム |
CN110718943A (zh) * | 2018-07-12 | 2020-01-21 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种电容充电装置及其控制方法 |
DE102022210652A1 (de) | 2022-10-10 | 2024-04-11 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Batterie-Anordnung |
-
2012
- 2012-12-21 JP JP2012278867A patent/JP2014124043A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016178812A (ja) * | 2015-03-20 | 2016-10-06 | 株式会社豊田中央研究所 | 電源システム |
JP2017022929A (ja) * | 2015-07-14 | 2017-01-26 | トヨタ自動車株式会社 | 電源システム |
CN110718943A (zh) * | 2018-07-12 | 2020-01-21 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种电容充电装置及其控制方法 |
CN110718943B (zh) * | 2018-07-12 | 2023-10-03 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种电容充电装置及其控制方法 |
DE102022210652A1 (de) | 2022-10-10 | 2024-04-11 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Batterie-Anordnung |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9166415B2 (en) | AC link bidirectional DC-DC converter, hybrid power supply system using the same and hybrid vehicle | |
US10358041B2 (en) | Electric vehicle | |
EP3255772B1 (en) | System and method for a dc/dc converter | |
US8098039B2 (en) | Generator motor driving device and method for discharging charges from capacitor of generator motor driving device | |
US20120013182A1 (en) | Power source system for electric powered vehicle and control method therefor | |
CN106712593A (zh) | 一种开关磁阻电机四电平功率电路 | |
CN105228851A (zh) | 车用电源系统 | |
US10778105B2 (en) | Interleaved DC-DC converter for electrified vehicles | |
WO2012063385A1 (en) | Motor-driving apparatus capable of charging vehicle battery | |
US20220324340A1 (en) | Vehicle electrical system | |
JP2014124043A (ja) | 複数の直流電源のための直並列切換回路を有するモータ駆動装置 | |
JP2023114972A (ja) | モーター駆動システムを用いた車両用バッテリー充電システム | |
JP5120550B2 (ja) | 電力変換装置 | |
US20200162005A1 (en) | Partial-load phase deactivation of polyphase electric machine | |
JP2015216824A (ja) | トラクションモータ駆動装置 | |
JP2015216825A (ja) | 平滑回路を有するパワースイッチング装置 | |
EP3782841B1 (en) | System of increasing temperature of battery for vehicle | |
CN113043869A (zh) | 车辆用电池系统以及其的操作方法 | |
JP2011259571A (ja) | モータ駆動装置 | |
US11724612B2 (en) | Bidirectional charging system for vehicle | |
WO2012143968A1 (en) | Voltage booster | |
JP6671402B2 (ja) | 車両用電源装置 | |
CN117715788A (zh) | 用于车辆的电驱动系统、具有相应电驱动系统的车辆及运行相应电驱动系统的方法 | |
WO2019180912A1 (ja) | 電圧切替式直流電源 | |
WO2019163080A1 (ja) | 電圧切替式直流電源 |